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슈미트 트리거를 적용한 비교기는 잡음에 대해 면역이 대단히 탁월합니다. 그 이유는 출력에 따라 문턱전압 ( threshold voltage )을 탄력적으로 운용함으로써 이를 탁월하게 실현해 주는 회로가 됩니다. 일반식과 작동방식을 설명합니다.
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OP-Amp ( operational amplifier 연산 증폭기 )의 기초 이야기 …
Schmitt에 의해서 기본적 아이디어가 개발 되었다고 보고 되고 있다. 한번 슈미트 트리거를 이용한 OP-AMP비교기를 보기로 하자. 너무나 흔히 보는 OP-AMP …
Source: m.blog.naver.com
Date Published: 6/17/2021
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Schmitt Trigger 슈미트 트리거 – [정보통신기술용어해설]
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Source: www.ktword.co.kr
Date Published: 10/19/2021
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[기초&실무] 슈미트 트리거(Schmitt Trigger) 및 디지털 회로 설계
이 글에선 실무자에게 필요한 Datasheet보는 법과 설계 활용방법도 기술하였습니다. 슈미트 트리거란? 비교기의 일종으로 High와 Low의 출력을 만드는 …
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Date Published: 11/3/2022
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연산 증폭기 27. 슈미트 트리거( schmitt trigger ) 비교기 …
슈미트 트리거( schmitt trigger ) 비교기. 히스테리시스 곡선 그리고 문턱전압과 잡음면역 noise immunity이란 무엇인가? 미소사 2020. 3. 19. 22: …
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Date Published: 1/9/2022
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슈미트 트리거
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Source: wiko.wiki
Date Published: 9/7/2021
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슈미트 트리거 – TTA정보통신용어사전
슈미트 트리거, Schmitt trigger. 히스테리시스(hysteresis) 특성을 갖도록 한 비교기. 비교기는 하나의 전압을 다른 기준 전압과 비교하기 위한 것인데, 비교기의 …
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슈미트 트리거
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비교기(Comparator)의 불확실성 | 반도체네트워크
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주제에 대한 기사 평가 슈미트 트리거 비교기
- Author: SSM 전기전자 강의
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- Date Published: 2019. 10. 2.
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OP-Amp ( operational amplifier 연산 증폭기 )의 기초 이야기. 슈미트 트리거- ( 15-1 )
슈미트 트리거 ( Schmitt trigger ) 하면 히스테리시스 특성이라는 용어가 튀어 나온다. 프로이트의 정신분석도 아니고 히스테리가 어떻게 나타난다는 것인지…참 용어가 재미나다. 그러나 정신분석적 용어인 히스테리와 공학적 용어인 히스테리시스 특성은 언어 낱말도 다르지만 쓰임새가 확 다르다.
당연히 예상 했겠지만 슈미트 트리거라는 명칭이 붙은 것으로 보아 개발자 이름일 것 같다는 생각이 퍼뜩 들 것이다.맞다.위키백과 사전을 보니 1934년 대학원생이었던 Otto H. Schmitt에 의해서 기본적 아이디어가 개발 되었다고 보고 되고 있다.
한번 슈미트 트리거를 이용한 OP-AMP비교기를 보기로 하자. 너무나 흔히 보는 OP-AMP 비교기가 아래 그려져 있다.비교기는 모 아니면 도니까 궤환을 비반전입력단자로 돌렸다. 정방향궤환이 된다는 말은 포화동작을 일으키겠다는 노골적인 의도가 내포되어 있다.
형태상으로는 비반전증폭기와 아주 유사하다. OP-AMP출력단에 PULL-UP저항이 있으면 무조건 비교기라고 했다.[ OP-Amp ( operational amplifier 연산 증폭기 )의 기초 이야기. 비교기,증폭기로서의 OP-AMP – ( 2 )] 따라서 이 회로는 증폭기가 아니라 비교기로 사용되었음에 틀림없다.
그냥 비교기로 사용하는 것이 아니고 슈미트 트리거 레벨을 갖는 비교기를 사용하는 이유는
잡음이 껴서 온전한 출력이 얻지 못할 때 사용하게 된다. 이런 것을 이름하여 노이즈 이뮤니티 ( Noise Immunity )가 있다고 말한다. 잡음면역력이라고 번역할 수 있겠다. 홍삼에만 면역력이 있는 것이 아니라 슈미트 트리거 비교기도 면역력이 있다. 백신을 맞았나?
먼저 일반 비교기를 사용했을 때 어떤 문제가 일어나는지 그림을 보고 판단하기로 하자. 비교의 기준 되는 전압을 쓰레쉬홀드 전압( Threshold Voltage )이라고 했다.우리말로 직역하면 문턱전압이다.턱이란 마루보다 높게 가로로 댄 부분이기 때문에 문으로 들어 가려면 턱을 넘어야 한다. 비교기도 비교전압을 문턱전압으로 이름지어 이 전압보다 낮은 지 높은지를 비교하려 한 것이기 때문에 이런 이름이 붙은 것이리라 여겨진다. 아래 슈미트 트리거를 사용하지 않은 비교기의 지저분한 출력을 보라.
잡음이 끼면 출력은 대책 없이 요동친다. 잡음 면역력이 빵점이다. 잡음에 대해서 달팽이 촉수처럼 민감하면 쓸 만한 비교기가 되지 못한다.이렇게 되서는 회로설계의 체면이 서지 않는다. 예를들어 다른 장비에서 입력신호가 들어 올 때 이렇게 흔들려서는 제대로 제어가 되지 못할 것이다. 눈 돌아가는 상황이다. 대책이 필요하다. 이 때 필요한 것이 바로 슈미트 트리거 비교기가 되겠다.달팽이 촉수를 거북이 등딱지 처럼 덜 예민하게 만들겠다는 것이다.
슈미트 트리거 비교기를 아래와 같이 꾸밀 때의 장점을 살펴보기로 한다.회로의 각 저항에 값을 임의로 적용하여 동작을 살펴보기로 하자.
이 회로는 PULL-UP 저항이 달려 있기 때문에 출력은 0V 아니면 5V가 된다. OP-AMP 비교기 설명을 참조하시라.먼저 우리가 해야 할 일은 출력은 두가지 밖에 없기 때문에 각 출력전압에 대해서 문턱전압이 어떻게 정해 지는지 추출해 내는 것이다.이 작업을 먼저 수행해야 슈미트 트리거의 올바른 동작을 규명해 낼 수가 있게 된다. 낯 설은 히스테리곡선을 그려 내는 일이 될 것 같다.
– 출력이 0V 일 때 Vth 값 먼저 위의 회로에서 전류의 방향을 잡아야 한다.전압이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 전류가 흐르므로 전류방향은 그림과 같이 된다.
좀 복잡해 졌지만 기본은 같다. KCL에 의거해서 전류의 식은 아래와 같이 세워진다.
역시 저항과 전압만의 식으로 바꾸려면 오옴의 법칙을 적용한다.
(2), (3), (4) 식을 식 (1)에 대입하면
이를 정리하면
가 된다.
이는 출력이 0V일 때 THRESHOLD 전압이 4.76V 문턱전압이 된다는 것이다.
– 출력이 5V 일 때 Vth 값 전류의 방향은 출력이 0V일 때 와는 달라진다.아래 그림을 보라
KCL에 의거해서 전류의 식은 아래와 같이 세워진다.
역시 저항과 전압만의 식으로 바꾸려면 오옴의 법칙을 적용한다. 이젠 거의 반사적이다.
가장 훌륭한 지식은 몸으로 체득된 지식이다. 자동차를 운전할 때 우회전 해야지 꼼꼼히 사고하고 우회전 깜빡이를 키지는 않는다. 머리는 멍때리고 있어도 몸이 알아서 반응해 준다. 이것이야 말로 체득된 지식의 전형적 예라고 할 수 있다.
이제 키르히호프의 전류만의 법칙을 전압과 저항으로 변질 시키는 방법은 오옴의 법칙이 적용된다고 하는 것은 손이 알아서 반응해 준다. 그런거 보면 몸에도 뇌보다는 떨어지지만 기억세포가 있을 지 모른다는 강한 의구심 마저 든다. 프로이트는 전의식 단계에 있다가 튀어 나온 의식이라고 할지 모르겠지만…
I3는 약간 달라진다. 주의 해야 한다.
(6), (7), (8) 식을 식 (5)에 대입하면
윗 식을 정리하면
가 나온다. 직관적으로 회로를 봐도 출력이 5V이고, Vth는 10V가 10㏀ 두 개의 같은 저항으로 전압이 분압 되므로 바로 Vth=5V를 쉽게 이끌어 낼 수 있다.
본격적으로 위의 결과들을 적용하기 전에 비교기의 기본적 동작을 꼭 알아야만 한다. 연산 증폭기의 기본식은 Vo = A ( Vp – Vn ) 라고 했다. 아래 회로를 보고 숙지를 하기로 한다. 풀업 저항이 달려 있으면 비교기의 내부 출력단은 오픈 컬렉터가 되어 있음을 짐작해야 한다.
자 이제부터는 이 결과식을 가지고 슈미트 트리거의 히스테리시스 특성을 알아 볼 차례다. 특성을 잘근잘근 씹어 보면 정말 노이즈에 강력하다는 것을 실감하실 수 있으리라. 수퍼 울트라 막시무스 노이즈가 들어오지 않는 이상 노이즈 타는 일이 별로 없어 보인다. 한마디로 아이디어가 기똥 차다고나 할까?
그림에서
① 처음에 입력이 Vth 보다 낮으므로 비교기 출력은 OPEN 되고, PULL-UP 저항에 의해 Vo=5V 가 된다. 출력이 5V 이면 위의 결과식에서 보았듯 이 Vth=5V가 유지 된다.
② 입력이 5V 보다 높게 되면 Vo=0V 가 되고, 궤환에 의해 Vth=4.76V 가 된다. 이때 입력이 잡음에 의해서든 어떤 원인에 의해 요동 친다고 하자. 즉 5V를 기준으로 커졌다 작아졌다 하는 발광?을 친다고 했을 때, 만약 Vth가 5V로 고정 되어 있었다면 출력은 개판? 이 될 것이 분명하다. 그러나 놀랍게도 슈미트 트리거 비교기에서는 Vth가 잽싸게 4.76V가 됨으로 인해 출력이 요동치는 것을 막을 수 있다.
③ 이제 입력이 4.76V 보다 아래로 떨어지면 비교기의 출력은 OPEN되고, Vo=5V가 되며,Vth=5V 로 빠르게 모드를 바꾼다. 입력이 다시 요동 쳐서 4,76V 보다 커져 4.9V-> 4,3V-> 4,8V 로 또 요란법석을 떤다고 해 보자. 역시 Vth=5V가 됨으로써 입력이 요동 치나 마나 꺼떡 없게 된다.
왜 이런 유쾌한 결과를 얻을 수 있었을까?
( 나머지 내용,후략 )
[기초&실무] 슈미트 트리거(Schmitt Trigger) 및 디지털 회로 설계
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디지털 회로를 설계하다 보면 자주 접하게 되는 것이 슈미트 트리거입니다. 그 이유와 설계 방법에 대해 알아보겠습니다.
이 글에선 실무자에게 필요한 Datasheet보는 법과 설계 활용방법도 기술하였습니다.
슈미트 트리거란?
비교기의 일종으로 High와 Low의 출력을 만드는 소자
슈미트트리거 입출력 (by Dejan)
위 그림에서 슈미트 트리거의 역할을 쉽게 이해할 수 있을 겁니다.
슈미트 트리거는 Upper Threshold와 Lower Threshold 전압을 가지고 있습니다. Upper Threshold를 넘으면 ‘1’, 논리 High 상태가 되고, Lower Threshold 전압 이하로 내려가면 ‘0’, 논리 Low를 출력하는 특징을 가지고 있습니다.
따라서 정현파나 임의의 파형으로부터 구형파(Square Wave)를 발생시킵니다.
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슈미트 트리거의 설계 활용
이제 우리가 궁금한 것은 언제 슈미트트리거 회로를 활용해야 하는가입니다.
슈미트트리거 설계, 신호, 활용 (by TI)
(3번은 입, 출력이 느린 경우도 해당합니다)
위와 같은 세 가지 케이스에서 슈미트 트리거가 활용됩니다.
↓↓↓↓실무↓↓↓↓
따라서 아래와 같은 Case에서 활용하는 것이 Typical 합니다.
안정적인 Clock 신호를 얻고자 할 때
A/D 변환 회로에서 신호 에러를 줄이고자 할 때
입출력이 느린 회로의 속도를 높이고자 할 때
비교기로, 전압을 모니터링할 때
Datasheet 읽기
가장 대표적으로 쓰이는 것이 TI의 SN74LVC 시리즈입니다.
그중에서 하나로, SN74LVC1G17-Q1 Single Schmitt-Trigger Buffer의 Datasheet를 살펴보겠습니다.
어느 Datasheet와 마찬가지로 Features를 먼저 봐줍니다.
Features
SN74LVC1G17-Q1 Features
실무자라면 역시 중요한 것이 파트의 등급. Automotive급의 파트네요.
그리고 Max tpd가 8ns라고 합니다. 이를 주파수로 환산하면 125 Mhz. 이 주파수 이하의 소스만 사용할 수 있습니다. 따라서 추천 환경은 100 Mhz 이하입니다.
추가로 ESD Protection도 적용되었네요.
Threshold 전압 확인
그리고 중요한 것이, 입력 전압당 Upper Threshold 전압과 Lower Threshold 전압이겠죠? 내가 적용하고자 하는 회로에 적합한지 알아봐 줍니다.
Typical Appilcation
SN74LVC1G17-Q1 Typical Application (by TI)
이 소자는 입력이 느리거나 노이즈가 있는 상황에서 버퍼 및 슈미트 트리거로 활용할 수 있는 소자입니다.
참고로 주파수 다음으로 주의해야 할 것은 전류입니다.
TI에서 “최대 한계를 초과하는 전류를 구동할 수 있으므로 버스 경합이 발생하지 않도록 주의해야 합니다.”라고 주의를 하고 있네요. 따라서 Load Current가 최대 전류 Ic, max를 넘지 않도록 동작시키는 것이 필요합니다.
References
* 참고 용어
UTP (Upper Triggering Point) = Upper Threshold Voltage : High로 인식되는 기준 전압
LTP (Lower Triggering Point) = Lower Threshold Voltage : Low로 인식되는 기준 전압
마지막으로 히스테리시스에 대해 설명하는 글들도 많은데, 그 이상은 딱히 실무로 알 필요는 없습니다.
잘 읽어주셔서 감사합니다 😉
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연산 증폭기 27. 슈미트 트리거( schmitt trigger ) 비교기. 히스테리시스 곡선 그리고 문턱전압과 잡음면역 noise immunity이란 무엇인가?
슈미트 트리거를 적용한 비교기는 잡음에 대해 면역이 대단히 탁월합니다. 그 이유는 출력에 따라 문턱전압 ( threshold voltage )을 탄력적으로 운용함으로써 이를 탁월하게 실현해 주는 회로가 됩니다. 일반식과 작동방식을 설명합니다.
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히스테리시스(hysteresis) 특성을 갖도록 한 비교기 비교기 는 하나의 전압을 다른 기준 전압과 비교하기 위한 것인데, 비교기 의 입력 측에 나타나는 잡음 전압 은 출력 측에 오차를 유발하기 때문에 비교기가 잡음에 둔감하게 작용하도록 히스테리시스 정궤환법을 사용한다. 히스테리시스는 입력 전압이 높은 값에서 낮은 값으로 갈 때보다 낮은 값에서 높은 값으로 갈 때가 높은 레벨이 되므로, 2개의 트리거 레벨이 절체 동작에서 오프셋( offset ) 또는 지연되는 특성을 이용하여 입력에 포함된 약간의 잡음은 출력에 영향을 미치지 못하도록 한 것이다.
키워드에 대한 정보 슈미트 트리거 비교기
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